长江流域干旱评估指标、时空特征及成因研究进展

在梳理长江流域干旱相关研究成果的基础上,从气象干旱、水文干旱、农业干旱3个角度评述了当前长江流域干旱评估指标的研究现状,阐述了长江流域干旱的时空特征及成因。指出当前研究在区域干旱的精准识别和多因素交互作用方面仍面临严峻挑战,未来长江流域干旱的主要研究方向包括提高多源数据综合利用水平,增强干旱监测的时效性与准确性;完善干旱监测及预报体系,提高干旱预测的科学性与可靠性;深化人类活动对干旱的响应研究,揭示人类活动与自然因素在干旱事件中的相互作用机制。

考虑水力连通的羌塘内流区洼地单元提取与分类

羌塘内流区是青藏高原面积最大的内流区,气候变化正在加剧其湖泊水系结构与水量的演变,开展内流区流域调查并科学估算其水资源的变化具有重要意义。本文提出一种新型内流区流域划分方法,该方法通过引入高程-面积联合阈值,以解决由气候变化与数字高程模型分辨率等因素引起的洼地单元提取难题。基于已监测的羌塘内流区流域重组与湖泊水位的变动幅度,确定了高程-面积联合阈值分别为10 m和50 km^(2),并对洼地单元进行划分,共识别出163个具有合理集水面积、永久性分水岭的封闭内流区洼地单元。引入多个相关数据集及已有算法评估本方法,结果表明:该方法适用于大尺度内流区洼地单元提取,提取精度优于现有算法及数据产品;依据洼地单元间水力连通特征,将全区163个洼地单元划分为5种主要类型,其中以“上下游互通型”(Ⅱ型)、“高山型”(Ⅳ型)洼地单元为主,“凹陷型”(Ⅴ型)洼地单元则多与其他类型复合存在,受气候条件的影响更加显著。

断控缝洞型油藏注采井间油水界面预测方法

断控缝洞型碳酸盐岩油藏受大型克拉通内走滑断裂控制和改造,其纵向多发育为断裂复合储层体(裂缝-溶洞体),该储集体既是油气运移通道,又是储层空间,其空间及配置关系复杂.为实现注水开发过程中油水界面和见水规律的准确分类及预测,并提供后续开发方案和对策指导,以单一溶洞下的油水界面运移特征为基础,利用物质平衡方程建立一种新的断控缝洞型油藏多溶洞连通下的油水运移数学模型,基于稳态逐步替换法形成了注采井间动态油水界面实时追踪预测方法.与常规数值模拟方法相比,该模型构建简易,计算效率高,综合考虑了油水密度差异和井-裂缝-溶洞间的复杂纵向配置关系,能够较为准确预测生产井的见水规律、各溶洞油水界面运移位置及剩余油分布等各项开发指标.研究结果表明,多缝洞开发单元受生产制度和缝-洞储层参数影响,油井生产期将出现3个阶段(纯油、油水同产和纯水期);合理的采油速度与注水量可有效保持地层压力,兼顾采出程度和裂缝应力敏感效应;裂缝传导率越高,储层能量恢复越快,油水界面上升也变快;随着注采井间溶洞体积及裂缝传导率差异增大,油水同产期将变长.最后,对比Eclipse数值模拟器与本研究模型计算结果,分析溶洞体物性参数(渗透率和孔隙度)对油水界面运移速度的影响.鉴于目前断控缝洞型油藏地质构造及裂缝-溶洞体配置关系的多样性,开展多井生产动态与模型预测结果的实时拟合工作是目前油水界面评价与追踪的有效方法.本研究模型为断控缝洞型油藏见水预警、注采参数优化及剩余油挖潜对策制定提供了基础理论与方法.

祁连山浅山区青海云杉人工林与天然林水文过程研究评述

祁连山是甘肃河西走廊重要的水源区,浅山区是连接山地森林生态系统和绿洲生态系统的关键地带,祁连山水资源对维系河西走廊绿洲社会经济发展和生态安全具有不可替代的作用。研究评述了祁连山浅山区人工林与天然林土壤水分观测技术、土壤水分运移、土壤水分连通性、水源涵养能力以及人工林与天然林水文过程差异等方面的研究进展,提出在未来的研究中,应借助新的观测和模拟手段,围绕祁连山浅山区青海云杉Picea crassifolia人工林与天然林土壤水文功能分异这一核心科学问题,开展人工林与天然林土壤水分运移过程分异规律及机制,人工林与天然林水源涵养能力差异及关键控制因素等问题研究,明晰人工林与天然林土壤水分变化过程以及人工林建设如何影响局地水分循环过程,确定祁连山植被建设和区域生态系统管理策略。

TRMM_3B42 V7与GPM_IMERG降水产品在黄河源区的水文效用评估

以黄河源区不同水文站控制流域为研究单元,对TRMM_3B42 V7与GPM_IMERG进行了站点和流域的统计指标评价,并在黄河沿水文站控制流域使用分布式水文模型评估了两者的水文效用差异.结果表明:(1)在站点对比研究中,TRMM_3B42 V7比GPM_IMERG表现出更优的精度,久治水文站控制的流域降水量最多,而黄河沿水文站控制的流域降水量最少.(2)在不同水文站控制的流域,TRMM_3B42 V7与区域站观测值的皮尔逊相关系数CC高值分布唐乃亥控制区,而GPM_IMERG与区域站观测值的CC高值分布较为广泛.(3)在水文效用评估方面,情景Ⅰ为区域站降水驱动水文模型,情景Ⅱ为TRMM_3B42 V7降水数据驱动水文模型,情景Ⅲ为GPM_IMERG降水数据驱动水文模型,率定期模拟结果最优的为实测数据驱动,情景Ⅰ纳什系数为0.88、情景Ⅱ纳什系数为0.85、情景Ⅲ纳什系数为0.86,得到GPM_IMERG能较好地捕捉洪峰流量,可以代替实测站点,有较优的洪水预报潜力.

黑龙江流域气象-水文生态耦合区划研究

气象-水文生态是影响水系、流域生态、水文环境的重要因素,流域进行气象-水文生态耦合区划对自然资源的有效利用和地表水资源评价具有重要意义。本文基于气象-水文生态进行耦合区划,围绕黑龙江流域气象、水文生态因素构建了黑龙江流域气象-水文生态耦合区划的划分标准及方法,将黑龙江流域分为5个气候类型、 3个水文生态类型;进一步分析气象-水文生态以及水系发育程度之间的耦合关系;通过三因素耦合区划得到34个分区,分析黑龙江流域内数量最多的水资源区耦合类型。研究可为黑龙江流域的生态保护、地表水资源评价及自然资源的开发利用提供理论支持。

综合视角下粤北山区县域水安全格局构建与分析

以粤北山区翁源县为例,综合水资源、水灾害与水环境视角,结合县域地形、水文、生态保护、国土现状调查、实测水质采样等数据及相关规划、标准,运用水源欧氏缓冲结合涵养量计算、蓝点模型模拟和水环境载荷量计算方法,分别对区域水资源、水灾害与水环境安全格局进行计算与分析,并在此基础上构建区域多视角下的综合水安全格局。结果显示:翁源县水资源、水灾害和水环境安全格局分别与重要水系和相关保护区及地形地貌,滃江水系上、中、下游位置及周边人类活动强烈程度,水体污染状况密切相关。翁源县综合水安全格局中的低安全区主要分布于饮用水源、自然保护区、重要水系廊道与水源涵养区及周边毗邻区等生态敏感脆弱区;中安全区主要分布于低安全生态敏感脆弱区的缓冲区,及其毗邻影响区域;高安全区主要分布于中安全缓冲区外围区域及其毗邻影响区。翁源县综合水安全格局中较敏感脆弱的低和较低安全区,与建设用地和永久基本农田保护区存在较小面积冲突管控区,而与生态保护红线和水土保持治理空间保持较高的契合度,表明研究结果与用地管控、相关保护规划和治理空间具有较好的一致性。

基于地理国情数据的城市土地利用变化与地表降雨径流关联分析

城市化进程推动了社会经济发展,同时引发了污染、内涝等城市问题。城市化最直观的表现形式之一是土地利用变化,其与城市地表降雨径流变化之间的关联是本文关注点。本文以济南市中心城区为研究对象,利用分辨率优于2.5 m的2015、2020年地理国情数据,分析其土地利用变化情况,选择SCS(Soil Conservation Service)模型模拟计算研究区地表降雨径流。在参阅大量文献基础上,本文提出实验区反映地表下垫面单元产流能力的核心参数CN值,与高分辨率地理国情数据建立直接映射,来计算雨量充沛的两个时间节点的地表降雨径流。最后,本文利用地理探测器分析土地利用类型对地表降雨径流系数变化的影响,得出不透水面、未利用地、林地、草地的相互转换是影响城市地表降雨径流的主要因素。

长江中游降雨径流演变与水旱灾害

为了解长江中游近年来水旱灾害新特征并有针对性地提出建议。基于1960—2020年长江中游降雨径流实测数据,对降雨径流演变趋势进行了分析,探讨了长江中游水旱灾害成因及特征。结果表明:长江中游年降雨量增加,春秋季降雨量年内占比减少,夏冬季降雨量占比增加;长江中游径流深在1988年和2003年发生突变,降雨量变化对径流深改变的贡献占30%左右,人类活动贡献程度约占70%;2003年后长江中游径流深的水文改变度排序为中游出口最大(36%),鄱阳湖出口(33%)和洞庭湖出口(31%)次之,汉江出口最小(21%)。长江中游水旱灾害具体表现为:2000—2020年长江中游异常降雨占据60多年来异常降雨总数的43%,且主要发生在两湖流域,极端降雨造成中游区域型洪水和春季秋季干旱;2003年后,两湖秋季水位持续下降,近10 a来,由于长江上游秋季来水持续减少,洞庭湖南咀站和鄱阳湖都昌站9月份水位分别下降了0.7 m和1.7 m。建议未来研究中注重研发大尺度多时空尺度水文水动力模型,提升极端水文事件成因识别能力及未来变化趋势预测能力。

黑龙江(阿穆尔河)流域水文地理相关研究进展

黑龙江(阿穆尔河)作为重要的跨国界河流,国内外众多学者和研究机构都对其开展了相关研究,但研究视角多局限在流域的中国侧和俄罗斯侧,从全流域视角对其系统开展的研究水平,与它独特的地缘属性相比较是不相称的。整合目前国内外学者对黑龙江(阿穆尔河)的研究历史,汇总流域水文情势、地下水以及跨界水资源管理问题三个方面的研究进展,可为相关研究学者提供系统的流域自然地理特征、发展历史以及现阶段研究热点,并为同类型的国际界河研究提供参考。

淮河流域极端气象事件与植被时空演变及响应关系研究

植被是陆生生态系统的重要组成部分,极易受极端气象事件影响,探究极端气象事件与植被的时空演变及动态响应关系,对科学应对气候异常、预防自然灾害具有重要意义。为此,结合RClimDex软件、变化趋势分析、消除趋势波动分析等方法,分析了1998-2019年以来淮河流域极端气候和NDVI时空演变规律,探讨了其成因及未来变化趋势,明确了NDVI对极端气候的响应。结果表明,1998-2019年淮河流域NDVI呈上升趋势,增幅为0.002 5 a^(-1),极端气候指数中暖温指数上升,冷温指数和降水指数(除RX1day外)均下降;淮河流域NDVI “西高东低”的分布与区域内城市化分布密切相关;NDVI对极端气候存在1个月左右的滞后响应,未来一段时间内,NDVI将在极端气候的作用下继续上升;流域内年际NDVI变化与自然和人为因素密不可分,年内NDVI变化主要受耕地内农作物生长节律影响。

钱塘江径流丰枯演变规律的天文成因研究

天文因子是流域来水的影响因素之一,不同的天文因子对流域来水的影响程度和影响规律不同。为探究影响钱塘江流域来水最主要的天文因子及其对流域来水的影响规律,采用线性相关系数法、互信息法和灰色关联度法等相关性分析方法,对太阳黑子相对数、月球赤纬角、24节气阴历日期等26个天文因子进行分析识别,并统计分析主要天文因子与流域来水之间的变化规律。结果如下:①线性相关系数法、互信息法和灰色关联度法的结果显示月球赤纬角与钱塘江流域来水的相关性最大,表明月球赤纬角是对钱塘江流域来水影响最大的天文因子;②月球赤纬角由大变小时流域来水偏丰,丰水年概率为46.4%,而由小变大时来水偏枯,枯水年概率为54.5%,且容易发生极端来水;③在月球赤纬角峰年期来水偏枯,枯水年概率为66.7%,且特枯水年频发,而在谷年期极端来水频发,50%的年份为极端来水。研究结果可为钱塘江流域未来长期径流演变分析以及洪水预报等提供依据和支撑。

潮上带盐沼地层盐分分布及形成机制

为了探究潮上带盐沼系统地层盐分分布规律及其形成机制,本研究以江苏盐城近岸盐沼湿地为例,采用电阻率测量和土壤样品分析的方法,得出土壤孔隙水盐度空间分布,并分析其与生态地貌类型的关系。结果表明,盐沼平台10 m深度以下地下水盐分较高且空间分布均匀,5 m深度以上浅层孔隙水存在显著淡化,其程度与条带状生态地貌特征相关;近潮沟区域浅层土壤孔隙水盐度接近海水,而螃蟹孔洞和互花米草区域下方地层均存在低盐区,且前者规模更大;短期潮汐过程仅影响近潮沟区域的局部地层盐分,螃蟹孔洞明显促进了降水的下渗和脱盐作用,并有助于地表蒸发和盐分集结,增大了浅层土壤水盐度的垂向差异,而植被生长引起的根系优势流和蒸发抑制作用,有效降低了表层土壤的盐度水平。

基于主成分分析和BP神经网络的都市圈水资源生态评价研究

水资源生态评价是水生态文明建设的重要基础.以郑州都市圈为研究对象,运用“驱动力—状态—响应”模型构建指标体系,结合主成分分析和BP神经网络进行水资源生态评价的实证研究.结果表明,2010—2019年郑州、漯河与许昌的水资源生态评价水平较高,平顶山、洛阳和焦作次之,而新乡和开封的水资源生态评价水平不高;区域内水资源生态评价值总体趋势上是增长的,区位上中南部高北部低并呈现出显著的“地域分异”;以驱动力因素为输出值,其实际值与预测值整体上拟合效果尚可,尤其是年末总人口、城镇化率和人均GDP的拟合效果较好.

新疆克里雅河流域绿洲适宜规模

利用克里雅河流域1957～2009年水文气象资料及2010年遥感影像数据,借助Z指数法及水热平衡模型分析了流域水资源在不同丰枯水平下的绿洲适宜规模。结果表明:克里雅河流域地表径流存在明显的丰枯变化;维持克里雅河流域下游天然绿洲稳定所需要的水资源为1.583亿m3;现状面积下,克里雅河流域人工绿洲在丰水期处于稳定水平,枯水期与平水期皆为亚稳定水平;克里雅河流域人工绿洲在丰水期、平水期和枯水期的适宜规模分别为1 608～2 413 km2、1 157～1 736 km2和978～1 467 km2,而较高水资源保证度下最为适宜的规模应控制在978～1 736 km2。

区域水资源量的估算及预测分析——以南京地区为例

分析了南京地区的水资源状况 ,从地表热量平衡、水量平衡的基本理论出发 ,结合南京地区的气象、水文、土壤等资料建立了区域水资源量估算模型 ,计算了该地区的地表水、地下水及水资源总量 ,根据实际资料进行了模型检验 ,并对未来不同气候变化情景下的水资源状况进行了预测分析 ,提出了该地区水资源合理利用的方案。

松嫩平原水文地理区划与分析

水文地理区划是对研究区水资源进行开发与利用的基础。为了给松嫩平原地下水的开发与利用以及地下水资源量的计算提供参考,在总结松嫩平原现有水文资料的基础上,运用Arc-GIS将松嫩平原进行地形地貌、行政、流域、生态以及含水层分区,并对松嫩平原含水层与地形地貌进行双因素耦合,得出24个子区;对松嫩平原地形地貌、含水层以及流域进行三因素耦合,得出70个子区。松嫩平原水文地理区划的明确,能够更准确地计算松嫩平原降雨入渗以及含水层之间相互补给的问题。

黄土丘陵区降水-土壤水-地下水转化实验研究

通过对黄土丘陵区燕沟流域2005～2007年雨季的多次降水、0～400cm土层土壤水、沟道地表水、地下水（泉水、井水）水样中D和^18O采样分析，研究了该区降水、土壤水、地表水、地下水的转化关系。结果认为：燕沟流域的降水线与中国、世界的降水线有明显区别，斜率和截距偏小；降水、地表水、土壤水、地下水逐渐富集δD和δ^18O，且δ^18O富集速度高于δD，由D和^18O的蒸发分馏差异所致，可利用各类水体的δD和δ^18O变化情况甄别水体之间的水量转化；土壤水δD和δ^18O剖面在200cm深度处出现低值区，应是降水补给到达该深度且土壤蒸发影响逐渐衰减共同作用的结果，其在200cm以下逐渐升高则因为降水补给影响逐渐降低、土壤水本底同位素影响增强所致。由于380～400cm深层土壤水的δD和δ^18O对降水事件的响应存在，因此认为降水-地下水的转化存在，降水补给泉水的滞后期小于35d。而对井水的补给滞后时间以及土壤水对地下水的补给量还需进一步研究。

近10年北京地区极端暴雨事件的基本特征

利用北京地区5 min间隔的自动气象站降水观测资料,SA雷达观测资料、FY-2卫星TBB(Temperature of Black Body)资料、常规气象探空资料和1°×1°NCEP/NCAR最终分析资料,对2006—2013年发生的10次极端暴雨事件(14个区(县)中,任意一个区县代表站24 h内降水量≥100 mm,且暴雨区内至少有一个自动气象站降水强度≥40 mm/h)的基本特征进行了对比分析。结果表明:(1)长生命周期的单体或多单体组织合并的中尺度对流系统(第Ⅰ类中尺度对流系统)形成的暴雨中心一般位于北京西部山前地区或中心城区,这种分布与低空偏东气流的地形强迫作用或城市强迫作用有关;"列车效应"对应的多单体中尺度对流系统(第Ⅱ类中尺度对流系统)形成的极端暴雨事件往往与两次不同属性的降水过程有关:锋前暖区对流过程和锋面附近的对流过程。因此,降水分布往往平行于低空急流轴或锋面。(2)第Ⅰ类中尺度对流系统形成的极端暴雨过程局地性更强,全市平均降水量远小于暴雨量级(50 mm),其中,由混合型降水主导的极端暴雨事件一般是由几乎不移动的长生命周期单体反复生消造成的,对流高度相对较低;而深对流主导的极端暴雨事件一般由多单体组织、合并、加强造成,由于对流单体的上冲云顶很高,最低TBB一般低于-55℃,这类极端暴雨事件的短时强降水具有显著的间歇性:第一阶段的强降水与单体对流发展过程对应,以后的短时强降水与对流单体组织、合并过程对应。(3)"列车效应"对应的多单体中尺度对流系统暴雨过程,初始阶段一般表现为相互独立的两个对流带,即与锋面系统对应的对流带和与低空急流轴对应的暖区对流带,随着锋面对流带逐渐向暖区对流带移动,低空冷空气逐渐侵入到暖区对流带中,两条对流云带逐渐合并,对流活动进一步发展;或者由于暖区对流带截断锋面对流带的水汽入流,造成锋面对流减弱,而暖区对流带组织性更强,发展更加旺盛。与第Ⅰ类中尺度对流系统形成的极端暴雨过程不同,这类暴雨过程往往造成全市平均降水量达到暴雨(≥50 mm)甚至大暴雨(≥100 mm)。(4)不同类型的极端暴雨过程,大尺度水汽输送条件不同:"列车效应"造成的暴雨过程多数情况下由源于孟加拉湾和源于西太平洋的两支暖湿季风气流共同构成,大尺度水汽供应充沛;而第Ⅰ类中尺度对流系统中的混合型降水造成的暴雨过程的水汽来源主要与低空东南气流造成的近海水汽输送有关;第Ⅰ类中尺度对流系统中的深对流主导的深对流暴雨过程中整层水汽含量并不大,多数情况下水汽输送仅出现在对流层低层甚至仅在近地面层内。(5)大多数情况下,无论哪类性质的极端暴雨过程,在强降水发生时刻,雷达强回波高度一般在4 km以下,仅有极个别时刻强回波中心高于5 km。极端暴雨过程中,环境大气对流有效位能(CAPE)的大小一般与对流发展高度(雷达回波顶高)具有较好的对应关系,但与强降水发生时刻回波强度、最强回波高度、降水强度的对应关系较差。

基于地理空间要素的雅砻江流域面雨量估算

反映流域整体降水情势的面雨量一直是水文模型的重要输入参数之一,在泰森多边形雨量法的基础上考虑地理空间要素对降雨空间分布的影响,采用面向对象的遥感信息聚类方法提取出雅砻江流域2项形状因子(周长、面积)和5项地形因子(平均高程、平均坡度、平均坡向、高程差周长比和高程差面积比)。降雨—径流相关性分析结果表明:地形因子雨量法在月尺度上的降雨估算精度高于年尺度,且在月尺度上能更好地反映流域不同区段的降雨空间分布特征;在月、年际降雨变化趋势分析方面,年尺度上的降雨与径流一阶差分后平均相关系数为0. 903,高于月尺度的0. 629,主要由于水电站调蓄过程对流域径流异质性的影响,且影响度随着时间尺度缩小而放大。